
弱塩基の電離定数
カメレオン先生弱塩基も弱酸と同じ形の式で計算できる。[OH⁻]を求めたら、あとはKw÷[OH⁻]でpHまで出せるよ。
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- アンモニアNH₃の電離平衡(新しいタブで開きます)NH₃+H₂O⇄NH₄⁺+OH⁻で、塩基の電離定数Kb=[NH₄⁺][OH⁻]/[NH₃]は温度が同じなら一定になる。
- 電離度(新しいタブで開きます)βが小さいとき、β=√(Kb/c)、[OH⁻]=√(cKb)という弱酸と同じ形の近似式が使える。
- [OH⁻]が求まれば、水のイオン積Kwを使って[H⁺]とpH(新しいタブで開きます)まで計算できる。
詳しく
アンモニアの電離平衡と電離定数Kb
アンモニアNH₃は水に溶けると、一部だけが水からH⁺を受け取ってNH₃+H₂O⇄NH₄⁺+OH⁻のように電離(新しいタブで開きます)する。酸と同じようにこれも電離する反応と戻る反応がつり合う電離平衡になっている。
この平衡の塩基の電離定数はKbと書かれ、と定義される。弱酸のKaと同じく、Kbは温度が同じならアンモニアのモル濃度(新しいタブで開きます)にかかわらず一定の値だ。
アンモニアのKbは25℃で1.8×10⁻⁵mol/Lという値が知られている。弱酸のKaと弱塩基のKbは、どちらも電離平衡がどれだけ右(電離する側)に偏っているかを表す同じ種類の定数だ。
例:近似式で電離度とpHを求める
電離度βが1よりかなり小さいとき、弱酸のときと同じ形の近似式、が使える。
例1:0.10mol/LのアンモニアNH₃水溶液で、Kbを1.0×10⁻⁵mol/Lとする。β=√(Kb/c)=√(1.0×10⁻⁵÷0.10)=√(1.0×10⁻⁴)=0.010(1.0%)。[OH⁻]=√(cKb)=√(0.10×1.0×10⁻⁵)=1.0×10⁻³mol/Lで、pOH=3、水のイオン積KwからpH=14−3=11と求まる。
例2:同じアンモニアを薄めて1.0×10⁻³mol/Lにしても、Kbは変わらず1.0×10⁻⁵mol/Lのまま。β=√(1.0×10⁻⁵÷1.0×10⁻³)=0.10(10%)に増え、[OH⁻]=1.0×10⁻³×0.10=1.0×10⁻⁴mol/Lとなる。pOH=4、pH=14−4=10で、薄めるほどpHは7(中性)に近づく。
弱酸と弱塩基の電離定数の対応
弱酸の電離定数(新しいタブで開きます)Kaと弱塩基の電離定数Kbは、どちらも「HA⇄H⁺+A⁻」「B+H₂O⇄BH⁺+OH⁻」という形の電離平衡に対する、生成物(新しいタブで開きます)の濃度の積と電離前の物質の濃度の比という同じ形の定義で表される。
そのため計算のしかたも共通で、電離度が小さいときはα=√(Ka/c)、β=√(Kb/c)という同じ形の近似式が使える。[H⁺]を求める弱酸の計算と、[OH⁻]を求める弱塩基の計算は、文字の意味が違うだけで式の作り方は同じだ。
弱塩基の場合は[OH⁻]までしか直接求まらないので、そこから[H⁺]やpHに進むには、水のイオン積Kw=[H⁺][OH⁻]を必ず使う。弱酸・弱塩基・Kwの3つの考え方がつながって、どんな水溶液のpHも求められるようになる。
確認問題
確認問題(解答用紙)
スマホやタブレットで読み取ると、この問題をその場で解けます。
https://manazoo.com/science/weak-base-ionization-constant/?from=print#quiz
0.020mol/Lの弱塩基水溶液がある。電離定数Kbを5.0×10⁻⁵mol/Lとして、電離度βを近似式で求めよ。
答え:____________
正解:0.050
β=√(Kb/c)=√(5.0×10⁻⁵÷0.020)=√(2.5×10⁻³)=5.0×10⁻²=0.050。0.020mol/Lの弱塩基水溶液(電離定数Kb=5.0×10⁻⁵mol/L、電離度β=0.050)のpHを求めよ。水のイオン積Kwは1.0×10⁻¹⁴(mol/L)²とする。
答え:____________
正解:11
[OH⁻]=cβ=0.020×0.050=1.0×10⁻³mol/Lなので、pOH=3。pH(新しいタブで開きます)+pOH=14なので、pH=14−3=11。アンモニア水を水で10倍に薄めると、電離度βと水溶液のpHはどうなるか(水のイオン積Kwは一定とする)。
- ◯ 電離度βも電離定数Kbも大きくなる
- ◯ 電離度βは大きくなるが、pHは小さくなって7(中性)に近づく
- ◯ 電離度βは変わらないが、pHは大きくなる
- ◯ 電離度βもpHも大きくなる
正解:電離度βは大きくなるが、pHは小さくなって7(中性)に近づく
薄めると電離度(新しいタブで開きます)βは大きくなるが、[OH⁻]自体は小さくなるのでpHは小さくなり、中性(新しいタブで開きます)(pH7)に近づく。Kbの値は変わらない。
単元のポイント
- 電離定数Kb 弱塩基の電離平衡でKb=[NH₄⁺][OH⁻]/[NH₃]。温度が同じならモル濃度に関係なく一定
- アンモニアの電離平衡 NH₃+H₂O⇄NH₄⁺+OH⁻のように、電離する反応と戻る反応がつり合っている状態
- 近似式β=√(Kb/c) 電離度βが1よりかなり小さいとき使える、モル濃度cと塩基の電離定数Kbから電離度を求める式
- [OH⁻]からpHへ [OH⁻]=√(cKb)を求めたら、Kw÷[OH⁻]で[H⁺]を求めてpHに直せる